DETERMINAREA PRESIUNII ATMOSFERICE

DETERMINAREA PRESIUNII ATMOSFERICE

A.Consideratii teoretice

1.Prin presiune se intelege marimea fizica scalara egala cu raportul dintre forta si suprafata.

P= In S.I. presiunea se masoara in N/m².

Presiunea atmosferica reprezinta forta de apasare exercitata de o atmosfera pe o suprafata plana.

Forta de apasare a atmosferei este egala cu greutatea coloanei de atmosfera avand o inaltime considerata intre suprafata Pamantului si limita superioara a atmosferei.

Dispozitivele cu care se masoara presiunea atmosferica se numesc barometre. Acestea au la baza experimentul lui Torricell care egaleaza presiunea hidrostatica a unei coloane de mercur, aflata intr-un tub inchis, cu presiunea exercitata de atmosfera asupra mercurului aflat intr-un vas deschis in care este introdusa partea deschisa a tubului.

Deci, presiunea atmosferica este egala cu presiunea exercitata de o coloana de mercur cu inaltimea h.

P₀=P=

Experimentul s-a constatat ca mercurul din tub se stabilizeaza la o inaltime de aproximativ 76 cm, adica 760 coloana de mercur.

In S.I. vom obtine pentru presiunea atmosferica valoarea:

P=

In parctica se utilizeaza frecvent unitati ca: mm coloana de Hg, torr si milibari.

1 mm col Hg = 1 torr

1 torr=10⁵=133,29N/m²

1N/m²=7,6.10^-4torr

1 bar=10⁵N/m²

2.Descrierea aparaturii

In functie de modul de functionare, exista barometre cu mercur si barometre metalice sau aneroide.

Barometrele cu mercur se impart in:

a.Barometrul cu sifon numit si barometrul lui Gay-Lussac. Acest barometru este alcatuit dintr-un tub indoit in forma de U cu ramuri neegale, cea mai scurta fiind deschisa.

b.Barometrul cu fund mobil (tip Fortin) care are fundul vasului format dintr-o piele de caprioara, acesta poate fi coborat sau ridicat cu ajutorul unui surub.

c.Barometrul cu fundul fix (tip Fuess), numit si barometru cu scara redusa, deoarece diviziunile lui sunt facute tinandu-se seama de raportul dintre raza tubului si raza vasului.

Lungimea coloanei de mercur reprezinta o presiune care difera de presiunea normala. Se impune deci, aplicarea de corectii:

-corectia instrumentala - se datoreaza tehnologiei de fabricatie (tubul nu are un diametru perfect constant, vidul nu este perfect). Dupa fabricatie, instrumentul este etalonat de catre Institutul de Meteorologie si este insotit de un certificat care permite aplicarea acestei corectii.

-corectia de temperatura - pentru evitarea efectelor de dilatare, se presupune ca mercurul este intotdeauna la temperatura de 0⁰C (reducerea presiunii la zero). Aceasta corectie se face dupa tabelul anexat, corectia fiind pozitiva daca temperatura este negativa si negativa daca temperatura este pozitiva.

-corectia de latitudine - datorita variatiei acceleratiei gravitationale cu latitudinea, lungimea coloanei de mercur va fi mai mica la poli si mai mare la ecuator. Corectia se face in raport cu latitudinea de 45⁰.

-corectia de altitudine - (reducerea la nivelul marii) - tine cont de variatia pe verticala a acceleratiei gravitationale si de scaderea densitatii aerului cu inaltimea. Aceste abateri sunt insa foarte mici, deci pentru determinarile curente locale ele se neglijeaza.

Barometrul metalic sau barometrul aneroid se bazeaza pe deformarea suferita de o capsula metalica elastica la variatii ale presiunii atmosferice.

Bazele capsulei sunt subtiri si ondulate pentru a-i mari suprafata si flexibilitatea. Pentru a nu fi turtita din cauza presiunii exterioare, cutia elastica este mentinuta de un resort interior sau o lamela elastica exterioara. Deformatiile pe care le sufera capsula ondulata a cutiei din cauza variatiei presiunii aerului, sunt transmise printr-un sistem de parghii la un ac mobil, care se misca in dreptul unui cadran, pe care sunt insemnate valorile presiunii atmosferice. Gradarea barometrului metalic se face prin comparatie cu barometrul cu mercur si aceasta gradatie trebuie verificata din cand in cand, deoarece elasticitatea materialului capsulei variaza cu timpul, cutia se aplatizeaza si instrumentul arata valori prea ridicate.

Barometrul metalic permite citirea presiunii cu o aproximatie de 1 mm, in timp ce barometrul cu mercur da o precizie de 0,1 mm.

Barometrul inregistrator (fig.11) sau barograful se compune din:

o serie de cutii elastice;

un sistem de parghii care transmit deformatiile cutiilor elastice provocate de variatiile presiunii;

un tambur (cilindru) pus in miscare printr-un mecanism ceasornic.

Pe acest cilindru este infasurata o banda de hartie gradata, pe care printr-un sistem de parghii, se inscriu valorile si variatiile de presiune. Pe banda de hartie sunt trasate linii orizontale, corespunzatoare valorilor presiunii si linii verticale, corespunzatoare intervalelor de timp. Ceasornicul poate fi aranjat pentru inregistrari zilnice (24 de ore) sau saptamanale (7 zile).

In felul acesta se poate obtine valoarea presiunii in diferite momente si variatiile ei in anumite intervale de timp.

Deoarece cu timpul elasticitatea capsulelor barometrice variaza indicatiile barografului sunt mai putin precise, este necesar ca din cand in cand sa fie comparat cu un manometru cu mercur.

B.Metodica experimentala

Barometrul cu mercur se instaleaza intr-o camera de preferat neancalzita, orientata spre nord si departe de ferestre. El trebuie sa fie ferit de schimbarile bruste de temperatura, sa nu fie expus razelor Soarelui sau radiatiei unei sobe.

Se va suspenda in asa fel barometrul, incat sa nu se sprijine direct pe zid, iar mijlocul scarii barometrului sa se gaseasca la inaltimea ochiului observatorului.

Citirea la barometru se face in felul urmator:

a.      Se citeste intai termometrul alipit la barometru;

b.     Se indeparteaza putin barometrul din pozitia verticala sau se ciocaneste putin tubul barometrului pentru a se inlatura eventualele adeziuni care sar fi produs intre coloana de mercur si peretii tubului de sticla;

c.      vernierul se aseaza tangent la menisc si se citeste lungimea coloanei de mercur respectand o pozitie corecta a ochiului.

Calculul valorii mijlocii. Citirile la barometru se fac la orele de observatie (1, 7, 13 si 19). Media aritmetica a celor patru valori se efectueaza doar dupa efectuarea corectiilor.

Aceasta valoare obtinuta constituie mijlocia zilnica a presiunii. La fel se calculeaza valoarea mijlocie lunara, anotimpuala sau anuala a presiunii.

In mod practic, se fac citiri cu: barometrele aneroide si barometrul cu mercur Fuess si se aplica corectiile de temperatura si de altitudine.

Fig. 12. Barometru

Corectia de temperatura se efectueaza cu ajutorul formulei:

P₀ = H - D₀ unde: P₀-presiunea redusa la 0⁰C; H-inaltimea coloanei de mercur, citita cu ajutorul vernierului; D₀-dilatarea termica a mercurului fata de 0⁰C (valoare ce se scoate din tabelul, anexat barometrului Fuess, (fig.12) in functie de temperatura citita la termometrul alipit).

Corectiile de altitudine (reducerea la nivelul marii) se efectueaza pe baza formulei:

P_n = P₀ + DP₀₁ in care P_n-presiunea redusa la nivelul marii; P₀-presiunea redusa in prealabil la 0⁰C; DP₀₁-presiunea suplimentara (aditionala).

Prin presiunea suplimentara intelegem presiunea (redusa la 0⁰C) pe care ar exercita-o aerul imaginar dintre statia respectiva (situata la H metrii) si nivelul marii (0 metri).

Valoarea DP₀₁ se scoate din tabelul II anexat barometrului Fuess in functie de temperatura aerului axterior.

Datele se trec in tabelul urmator:

Eroarea se calculeaza cu relatia: